431 Нержавеющая сталь: свойства и основные применения

Нержавеющая сталь 431 - это мартенситная нержавеющая сталь, известная своей отличной коррозионной стойкостью, высокой прочностью и хорошей твердостью. Классифицируемая как мартенситная нержавеющая сталь, она в основном содержит хром (16-18%) и никель (2-4%), вместе с небольшой долей углерода (0.1-0.2%). Наличие хрома улучшает ее коррозионную стойкость, в то время как никель способствует ее прочности и пластичности. Содержание углерода критично для достижения нужной твердости и прочности путем термообработки.

Комплексный обзор

Нержавеющая сталь 431 широко признана за уникальное сочетание свойств, что делает ее подходящей для различных инженерных приложений. Ее мартенситная структура позволяет закаливать ее путем термообработки, что приводит к материалу с высокой прочностью при растяжении и твердостью. Способность сплава поддерживать свои механические свойства при повышенных температурах дополнительно увеличивает его полезность в сложных условиях.

Преимущества:
- Коррозионная стойкость: Нержавеющая сталь 431 предлагает хорошую стойкость к коррозии в различных средах, включая атмосферные условия и слабые кислоты.
- Высокая прочность и твердость: Сталь может достигать высоких уровней твердости через термообработку, что делает ее подходящей для применения, требующего износостойкости.
- Универсальность: Ее свойства позволяют использовать в различных приложениях, от автомобильных компонентов до морских условий.

Ограничения:
- Сварочность: Хотя ее можно сваривать, необходимо соблюдать особые меры предосторожности, чтобы избежать проблем, таких как трещинообразование.
- Хрупкость: В определенных условиях, особенно при низких температурах, 431 может стать хрупкой, что ограничивает ее применение в некоторых сценариях.

Исторически нержавеющая сталь 431 использовалась в применениях, где критически важны и прочность, и коррозионная стойкость. Ее рыночная позиция остается сильной благодаря сбалансированным свойствам, что делает ее популярным выбором в различных отраслях.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Градус	Страна/Регион происхождения	Примечания
UNS	S43100	США	Ближайший эквивалент AISI 431
AISI/SAE	431	США	Широко используемое обозначение
ASTM	A276	США	Стандартная спецификация для нержавеющих сталей в виде проката
EN	1.4057	Европа	Аналогичные свойства, небольшие композиционные различия
JIS	SUS431	Япония	Эквивалентный класс с аналогичными применения

Различия между этими классами могут повлиять на выбор, основываясь на конкретных механических или коррозионных требованиях. Например, хотя UNS S43100 и AISI 431 часто взаимозаменяемы, конкретные процессы термообработки могут привести к различным характеристикам производительности.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и Название)	Процентный диапазон (%)
C (Углерод)	0.1 - 0.2
Cr (Хром)	16.0 - 18.0
Ni (Никель)	2.0 - 4.0
Mn (Марганец)	1.0 макс
Si (Кремний)	1.0 макс
P (Фосфор)	0.04 макс
S (Сера)	0.03 макс

Основные легирующие элементы в нержавеющей стали 431 играют критическую роль:
- Хром: Улучшает коррозионную стойкость и способствует образованию защитного оксидного слоя.
- Никель: Улучшает прочность и пластичность, позволяя стали выдерживать деформацию без разрушения.
- Углерод: Повышает твердость и прочность с помощью термообработки, что необходимо для применений, требующих износостойкости.

Механические свойства

Свойство	Условие/Температура	Температура испытания	Типичное значение/Диапазон (метрическая)	Типичное значение/Диапазон (имперская)	Справочный стандарт для метода испытания
Прочность на растяжение	Отожженная	Комнатная температура	620 - 750 МПа	90 - 110 ksi	ASTM E8
Ограниченная прочность (0.2% сдвиг)	Отожженная	Комнатная температура	450 - 600 МПа	65 - 87 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженная	Комнатная температура	12 - 20%	12 - 20%	ASTM E8
Твердость (по Роквеллу C)	Отожженная	Комнатная температура	30 - 40 HRC	30 - 40 HRC	ASTM E18
Ударная прочность (Шарпи)	Отожженная	-20°C (-4°F)	30 Дж	22 фут-фунтов	ASTM E23

Механические свойства нержавеющей стали 431 делают ее подходящей для применения, требующего высокой прочности и прочности на сжатие. Ее прочность на растяжение и предельная прочность указывают на ее способность выдерживать значительные нагрузки, в то время как процент удлинения отражает ее пластичность, позволяя ей деформироваться без разрушения. Значения твердости указывают на то, что она может противостоять износу, что делает ее идеальной для компонентов, подверженных трению.

Физические свойства

Свойство	Условие/Температура	Значение (метрическое)	Значение (имперское)
Плотность	Комнатная температура	7.75 г/см³	0.28 фунт/дюйм³
Температура/Диапазон плавления	-	1450 - 1510 °C	2642 - 2750 °F
Теплопроводность	Комнатная температура	25 Вт/м·К	17.3 BTU·in/ч·фут²·°F
Удельная теплоемкость	Комнатная температура	500 Дж/кг·К	0.12 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	Комнатная температура	0.72 мкΩ·м	0.00000072 Ω·м
Коэффициент температурного расширения	Комнатная температура	16.0 x 10⁻⁶/К	8.9 x 10⁻⁶/°F

Ключевые физические свойства, такие как плотность и теплопроводность, важны для применения, связанного с термическим управлением. Относительно высокая температура плавления указывает на то, что нержавеющая сталь 431 может хорошо работать в условиях высокой температуры, в то время как ее теплопроводность предполагает, что она может эффективно рассеивать тепло, что делает ее подходящей для компонентов в двигателях или турбинах.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг стойкости	Примечания
Хлориды	3-5%	20-60°C (68-140°F)	Средняя	Риск питтинговой коррозии
Серная кислота	10%	20°C (68°F)	Плохая	Не рекомендуется
Уксусная кислота	5%	20°C (68°F)	Хорошая	Умеренная стойкость
Атмосфера	-	-	Отличная	Хорошая стойкость

Нержавеющая сталь 431 демонстрирует хорошую устойчивость к атмосферной коррозии и умеренную устойчивость к определенным кислотам. Однако она подвержена питтинговой коррозии в условиях присутствия хлоридов, что может быть серьезной проблемой в морских приложениях. По сравнению с другими нержавеющими сталями, такими как 304 и 316, коррозионная стойкость 431 обычно ниже, особенно в средах с высоким содержанием хлоридов, где 316 превосходит благодаря более высокому содержанию никеля.

Температура устойчивости

Свойство/Предел	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Максимальная температура непрерывной службы	600°C	1112°F	Подходит для высокотемпературных приложений
Максимальная температура прерывистого обслуживания	650°C	1202°F	Только краткосрочное воздействие
Температура растрескивания	800°C	1472°F	Риск окисления при высоких температурах
Учитывание прочности на ползучесть	500°C	932°F	Начинает терять прочность

При повышенных температурах нержавеющая сталь 431 сохраняет свою прочность и твердость, что делает ее подходящей для таких приложений как лопатки турбин и выхлопные системы. Однако длительное воздействие температур выше 600°C может привести к окислению и растрескиванию, что может нарушить ее структурную целостность.

Свойства обработки

Сварочность

Процесс сварки	Рекомендуемый пруток (классификация AWS)	Типичгазос保护阵溶剂	Заметки
TIG	ER 431	Аргон	Предварительный подогрев рекомендуется
MIG	ER 308L	Аргон + CO2	После сварки термообработка может быть необходима
Электродная сварка	E 431	-	Требует тщательного контроля, чтобы избежать трещин

Нержавеющая сталь 431 может быть сварена различными методами, но требует тщательного контроля за подачей тепла, чтобы предотвратить растрескивание. Предварительный подогрев перед сваркой и термообработка после сварки могут помочь уменьшить эти риски. Выбор наполнительного металла имеет решающее значение для обеспечения совместимости и поддержания коррозионной стойкости.

Обрабатываемость

Параметр обработки	Нержавеющая сталь 431	AISI 1212 (эталон)	Заметки/Советы
Индекс относительной обрабатываемости	60	100	Умеренная обрабатываемость
Типичная скорость резания (перемещение)	30 м/мин	50 м/мин	Используйте карбидные инструменты

Нержавеющая сталь 431 имеет умеренную обрабатываемость, которую можно улучшить с помощью соответствующих инструментов и скоростей резания. Рекомендуется использовать карбидные инструменты и поддерживать надлежащую смазку для повышения производительности при обработке.

Формуемость

Нержавеющая сталь 431 проявляет ограниченную формуемость из-за своей мартенситной структуры. Холодная формовка возможна, но может потребовать больших усилий и привести к упрочнению. Горячая формовка более осуществима, позволяя лучше формировать без компромиса с целостностью материала.

Термообработка

Процесс обработки	Температурный диапазон (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	800 - 900 °C (1472 - 1652 °F)	1 - 2 часа	Воздух	Снижить твердость, улучшить пластичность
Закалка	1000 - 1100 °C (1832 - 2012 °F)	30 минут	Масло	Увеличить твердость и прочность
Закалка	400 - 600 °C (752 - 1112 °F)	1 час	Воздух	Снизить хрупкость, улучшить прочность

Процессы термообработки значительно влияют на микроструктуру и свойства нержавеющей стали 431. Закалка увеличивает прочность и твердость, в то время как закалка помогает уменьшить хрупкость, что делает материал более подходящим для различных применений.

Типичные применения и конечное использование

Отрасль/Сектор	Пример конкретного применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом применении	Причина выбора
Аэрокосмическая	Компоненты самолетов	Высокая прочность, коррозионная стойкость	Легкость и прочность
Морская	Валы насосов	Коррозионная стойкость, прочность	Воздействие морской воды
Автомобильная	Выходные клапаны	Устойчивость к высоким температурам, твердость	Производительность при нагреве
Нефть и газ	Компоненты клапанов	Коррозионная стойкость, прочность	Суровые условия

Нержавеющая сталь 431 выбирается для применения, где критическими являются сочетания прочности, прочности и коррозионной стойкости. В аэрокосмической промышленности ее легкие свойства способствуют топливной эффективности, в то время как в морских приложениях ее коррозионная стойкость является первоочередной.

Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие сведения

Особенность/Свойство	Нержавеющая сталь 431	AISI 304	AISI 316	Краткая заметка о преимуществах/недостатках или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Высокая прочность	Умеренная	Умеренная	431 предлагает превосходную прочность, но менее коррозионную стойкость
Ключевой аспект коррозии	Средняя в условиях хлоридов	Отличная	Отличная	431 менее подходит для морских условий
Сварочность	Умеренная	Хорошая	Хорошая	431 требует тщательных сварочных техник
Обрабатываемость	Умеренная	Хорошая	Умеренная	431 сложнее обрабатывать, чем 304
Формуемость	Ограниченная	Хорошая	Хорошая	431 менее формуемая из-за своей твердости
Приблизительная относительная стоимость	Умеренная	Низкая	Высокая	431 competitively priced по сравнению с 316
Типичная доступность	Умеренная	Высокая	Высокая	431 менее распространена, чем 304 и 316

При выборе нержавеющей стали 431 необходимо учитывать ее механические свойства, коррозионную стойкость и характеристики обработки. Хотя она предлагает высокую прочность, ее восприимчивость к коррозии в условиях хлоридов может ограничить ее использование в некоторых применениях. Стоимость и доступность также играют решающую роль в выборе материалов, особенно в отраслях, где бюджетные ограничения являются значительными.

В заключение, нержавеющая сталь 431 является универсальным материалом с уникальным сочетанием свойств, что делает ее подходящей для различных применений. Ее сильные стороны заключаются в высокой прочности и твердости, в то время как ее ограничения в коррозионной стойкости и сварочности должны быть тщательно учтены в процессе выбора.